Ligações de Células Solares Fotovoltaicas

25

1. Introdução teórIca

Recomenda-se que realizem as montagens deste trabalho prático no ex-terior, pois os resultados em laboratório não são muito correctos. Devem tentar obter valores de radiação iguais ou superiores a 800 W/m2. O valor de inclinação óptima em Portugal situa-se entre os 33 e 36°.

Ensaio da ligação de células FV ligadas em série

A ligação de células FV cumpre as seguintes equações:

ETOTAL= E1+E2+E3+ ... +EN [V]

UT = U1+U2 + ... + Un = n U= ... [V]

IT = I1 = I2 = I3 = ... = IN = ...[A]

PTOTAL = P1 + P2 + P3 + ... + PN = ... [W]

PTOTAL = UTOTAL ITOTAL = ... [W]

Ligações de Células Solares Fotovoltaicas

TRABALHO PRÁTICO N.° 2

Figura 8 Associação de

células fotovoltaicas em série

31Trabalho Prático n.° 2 - Ligações de Células Solares Fotovoltaicas

Figura 18 Ensaio em curto-

circuito das células fotovoltaicas

ligadas de forma mista

Figura 19 Ensaio em carga

das células fotovoltaicas ligadas

de forma mista

58 Laboratórios de Energia Solar Fotovoltaica

Nunca desconectar o amperímetro em carga, já que, como a sua resistência é muito pequena (R ≈ 0), esta actuará como um interruptor e, quando desli-gamos os seus bornes, produzir-se-á um arco eléctrico que pode prejudicar as pontas de prova e poderá mesmo queimar o fusível do amperímetro.

Quando se ligam mais do que 4 ramos em paralelo, devemos colocar um díodo by-pass por ramo ou string, já que em condições normais, as células fotovoltaicas de um módulo podem suportar um máximo de quatro vezes a corrente de um ramo e, numa ligação em paralelo, o circuito aberto. Se um módulo deixar de funcionar, os restantes poderão fazer circular através dele a corrente dos quatro ramos, conforme indica a figura 33.

Figura 32 Díodos de by-pass

Figura 33 Díodos de by-pass

num ramo ou string

67Trabalho Prático n.° 5 - Ligação de Módulos Fotovoltaicos em Série, Paralelo e Misto

Ligação mista

Nota: Neste ensaio – se não houver lâmpadas –, poderemos utilizar cargas com resistên-

cia variável de 0 a 250 W ou de 0 a 270 W que suportem uma corrente de 6 A.

a) Monte o esquema da figura 36 do ensaio em carga com quatro lâm-padas de 24 V/60 W. Calcule para o ensaio em carga as seguintes va-riáveis:

Módulos fotovoltaicos

Força electromotriz total - ET; Força electromotriz do módulo 1 – E1; Força electromotriz do módulo 2 – E2; Força electromotriz do módulo 3 – E3; Força electromotriz do módulo 4 – E4; Corrente total - IT; A corrente do módulo 1 - I1; A corrente do módulo 2 - I2.

Lâmpadas

Tensão do grupo de lâmpadas – VLAMP_TOTAL; Tensão na lâmpada 1 – VLAMP_1; Tensão na lâmpada 2 – VLAMP_2; Tensão na lâmpada 3 – VLAMP_3; Tensão na lâmpada 4 – VLAMP_4; Intensidades de corrente total e parciais – ILAMP_TOTAL; ILAMP_1 e ILAMP_2; A corrente do ramo 1 – IRAMO_1; Corrente do ramo 2 – IRAMO_2; Potência total – PLAMP_TOTAL; Potência de cada lâmpada PLAMP_1 e PLAMP2.

b) Compare os valores obtidos da alínea b) com os valores teóricos. Tire conclusões sobre o valor das potências, correntes e tensões.

c) No caso de uma lâmpada se fundir, o que acontecerá à outra? E na ligação em série? Explique este facto.

d) A corrente que circulará pelas lâmpadas será maior neste ensaio com elas em paralelo ou em série? E o valor da potência? Comente.

e) Preencha a seguinte tabela. Para isso ligue em vazio e curto-circuito os módulos fotovoltaicos. Comente os valores obtidos.

73Trabalho Prático n.° 6 - Baterias para Sistemas Fotovoltaicos

Acumuladores de chumbo-ácido selados (VRLA) de gel

Características mais relevantes deste tipo de bateria:

▪ Recombinação dos gases produzidos durante o seu funcionamento, redu-zindo as perdas de água;

▪ Reduzida sulfatação das placas;

▪ Maiores ciclos de vida (mais de 1000 ciclos de carga/descarga);

▪ Isenta de manutenção;

▪ É sensível a sobrecargas, necessitando de um controlador de carga ade-quado.

Enchimento de vasos e medição do electrólito

As baterias poderão ou não trazer as placas carregadas electricamente de fábrica, mas sem ácido. Este virá à parte em 6 vasos hermeticamente fechados e a sua capacidade é a de uma garrafa por vaso. Quando se enchem os vasos, convém lavá-las bem antes de as retirar, uma vez que podem ter restos de ácido sulfúrico.

Para activar a bateria dever-se-á proceder da seguinte forma:

▪ Remover os tampões da bateria e as garrafas de ácido, e preencher cada vaso até transbordar em 10-15 mm no canto superior das placas.

Figura 38 Elemento

e monobloco de 12 V seladas

(VRLA) de gel

(Fonte: “Curso experto

profesional en energía

fotovoltaica“, Progensa)

75Trabalho Prático n.° 6 - Baterias para Sistemas Fotovoltaicos

Carga e descarga das baterias solares de chumbo-ácido monobloco 12 V

A carga das baterias poderá ser feita com módulos FV ou com carregado-res de baterias (rectificadores eléctricos).

No segundo caso, poderá ser utilizado um carregador de 15 V/6 A. Um reóstato de 8 A/8 Ω pode, em caso de necessidade, ser utilizado para regular o valor da intensidade de corrente na carga entre 4 a 6 A.

Tente utilizar cablagens de 6 ou 10 mm2 e tenha em atenção que deverá ainda apertar bem os bornes das baterias e as ponteiras que forem coloca-das nas extremidades das cablagens.

Quando uma bateria estiver a ser carregada, o valor da corrente irá dimi-nuir, o que deverá ser de novo corrigido e aumentado. Quando não existi-rem mais variações no voltímetro e amperímetro, é sinal que a bateria está carregada. Há que ter em conta que a temperatura tem influência na carga de uma bateria.

Regime de descarga

Para poder analisar a descarga de uma bateria deverá ser realizada a seguin-te montagem.

Uma bateria estará descarregada quando a sua capacidade diminui 20%.

Figura 41 Esquema de ensaio

da carga de uma bateria

Figura 42 Esquema para

medição da descarga

de baterias

(Fonte: “Prácticas de energía

solar fotovoltaica”, Progensa)

83

Trabalhos com Reguladores de Carga Digitais

TRABALHO PRÁTICO N.° 7

1. Introdução teórIca

O regulador digital que se vai utilizar neste trabalho é o STECA PR3030 c/LCD. Este regulador é utilizado para controlar sistemas fotovoltaicos de pequena e média potência, onde é necessário um equipamento de baixo consumo, fiável e de baixo preço.

O regulador é do tipo Shunt ou paralelo (ver livro “Curso Técnico Instala-dor de Energia Solar Fotovoltaica”). Tem incorporado um microcontrolador que controla a instalação fotovoltaica. Dispõe de um sistema de programa-ção que permite um controlo capaz de adaptar-se a diferentes situações de funcionamento da instalação de uma forma automática, permitindo a modificação manual dos seus parâmetros, como por exemplo a determi-nação do estado de carga (SOC).

É igualmente possível mudar a configuração do tipo de bateria Gel/AGM.

A configuração standard do regulador é “Li”. A configuração do tipo de bateria tem repercussões sobre a tensão de corte do regulador. Se se usar

Figura 46 Regulador

digital "Shunt" PR3030 c/LCD

da Steca Solar

95Trabalho Prático n.° 8 - Onduladores (Inversores) de Onda Quadrada Modulada

3. Lista de materiaL a utiLizar

▪ 1 Inversor AJ275-12-S (200 W/12 V);

▪ 1 Osciloscópio;

▪ 4 Multímetros;

▪ 1 Bateria em substituição de um módulo FV;

▪ 8 Garras de crocodilo ou pontas de prova com 60-70 cm de comprimento

e com as secções adequadas para o lado DC;

▪ 10 m de Cabo Radox Solar 4 e de 6 mm2;

▪ 4 Lâmpadas AC de 25, 40, 60 e 100 W;

▪ 4 Suportes para as lâmpadas acima mencionadas.

4. esquema de montagem

5. Procedimento

a) Anote as características do inversor.

b) Faça o dimensionamento das cablagens, interruptor ou disjuntor e pro-tecções adequadas ao trabalho em questão.

c) Calcule as potências e o rendimento do inversor através das seguintes fórmulas:

PDC = VDC x IDC

PAC = VAC x IAC

η= 100 X (PAC / PDC)

d) Monte o esquema da figura 56. Este permitirá obter os valores das ten-sões e correntes de entrada e saída do inversor.

e) Como carga utilize lâmpadas de 230 VAC de 25, 40, 60, 100 e 140 (para-lelo de duas lâmpadas de 100 e 40 W), 160 W (paralelo de duas lâmpadas

Figura 56 Circuito eléctrico

para a obtenção de valores

no inversor

110 Laboratórios de Energia Solar Fotovoltaica

4. EsquEma dE montagEm

5. ProcEdimEntos

a) Efectue o dimensionamento do sistema, calculando cablagens, protec-ções, altura total de bombeamento, cálculo do gerador FV da bomba sub-mersível.

b) Será que a altura manométrica vai influenciar o valor da corrente absor-vida pela bomba? Explique.

c) Monte o esquema da figura 65, tendo em conta os cálculos realizados na alínea a).

Figura 65 Esquema

de montagem

124 Laboratórios de Energia Solar Fotovoltaica

Esquema unifilar de uma instalação fotovoltaica autónoma em AC

Para a realização dos circuitos deverá reger-se pelas normas em vigor para sistemas fotovoltaicos disponíveis no livro "Curso Técnico Instalador Ener-gia Solar Fotovoltaica".

As cargas a alimentar serão as seguintes:

Figura 73 Inclinómetro

(Fonte: http://upload.wikimedia.

org/wikipedia/commons/d/d8/

Clinometerlow.jpg)

Mês

Janeiro

Fevereiro

Março

Abril

Maio

Junho

Julho

Agosto

Setembro

Outubro

Novembro

Dezembro

Radiação Média Mensal

H (34)

3490

3780

5420

5380

5910

6300

6580

6600

5980

4910

3470

3190

5090

Figura 74 Radiação solar

disponível

Cargas

Cozinha - Lâmpada fluorescente

Sala - Lâmpada

Quarto 1 - Lâmpada

Quarto 2 - Lâmpada

Casa de banho - lâmpada

Corredor - Lâmpadas

Cozinha - Frigorífico

N.° de Cargas

1

2

1

1

1

2

1

Potência (W)

18

11

11

11

11

11

70

N.° de Horas

4

5

1

2

3

1

6

Tabela 38

(continua na página seguinte)

128 Laboratórios de Energia Solar Fotovoltaica

De seguida são apresentadas algumas fotos de um sistema montado e com os quadros de protecção:

2. ObjectivOs

▪ Saber realizar o dimensionamento dos seguintes parâmetros de um sistema

de alimentação de uma vivenda em corrente alternada 230 VAC;

▪ Saber dispor os equipamentos na prancheta;

▪ Desenhar o esquema unifilar da instalação;

▪ Colocar em serviço o sistema fotovoltaico;

▪ Detectar possíveis avarias.

3. Lista de materiaL a utiLizar

▪ 1 Prancheta de madeira de 4 x 4 x 0,03 m;

▪ Módulos FV;

▪ Inversores;

▪ 1 Regulador de carga com LCD;

▪ Baterias estacionárias de 2 VDC ou 12 VDC;

▪ Estrutura de telhado plano para os módulos FV;

Figura 79 Vista geral

do sistema em DC e em AC

(figura à esquerda)

Figura 80 Quadro de

protecção das strings dos

módulos FV

(figura à direita)

Figura 81 Módulos FV

e prancheta com os

equipamentos

(figura à esquerda)

Figura 82 Quadro de

protecção das cargas em AC

(figura à direita)

139

1. Introdução teórIca

A microgeração, ou microprodução, como também é chamada, consiste na produção de energia em pequena escala, utilizando equipamentos de energias renováveis ligados à rede pública.

Neste trabalho laboratorial pretende-se que os alunos implementem um sistema de microgeração em laboratório ou então na própria escola.

Na seguinte figura é apresentado o diagrama de blocos de um sistema de microgeração.

Instalação de um Sistema de Microgeração Fotovoltaica com

uma potência de ligação de 3,68 kW ligado à Rede Eléctrica

TRABALHO PRÁTICO N.°13

Figura 86 Diagrama de

blocos de um sistema de

microprodução fotovoltaico

ligado à rede

(Fonte: FFSolar)

153Trabalho Prático n.° 13 - Instalação de um Sistema de Microgeração Fotovoltaica com uma potência de Ligação de 3,68 kW à Rede Eléctrica

f) Insira a ficha na tomada "SMA COM" da Sunny WebBox, conforme indica a seguinte figura.

g) Descarregue o assistente da Sunny WebBox na zona de descargas em www.sma.de.

h) Execute o ficheiro Sunny-Webbox-assistant.exe. O assistente abrir-se-á no browser.

i) Siga todas as indicações do assistente e configure a Sunny WebBox.

Figura 100 Inserção da ficha

na tomada "SMA COM"

da Sunny WebBox

(Fonte: http://download.sma.

de/smaprosa/dateien/2585/

SWebBox-TPT101232.pdf)

Figura 101 Assistente

da instalação do software

da Sunny WebBox

(Fonte: http://download.sma.de/

smaprosa/dateien/11567/SWeb-

box20-SE-BPT101210.pdf)